許多研究者對聲稱將氫壓縮為金屬態(tài)的論文表示懷疑。

兩位物理學(xué)家聲稱，他們通過用高壓擠壓將氫變?yōu)榱私饘佟?0多年來，物理學(xué)家一直在嘗試實現(xiàn)這一壯舉。

但其他科學(xué)家對他們的聲明感到相當(dāng)懷疑。他們的實驗是對這個屢屢失敗的領(lǐng)域的最新一次嘗試。

Ranga Dias和Isaac Silvera都是哈佛大學(xué)的物理學(xué)家，他們首先于去年十月在arXiv預(yù)印本網(wǎng)站上報告了結(jié)果，但立刻招來了批評。這份報告的同行評議版本發(fā)表在了1月26日的《科學(xué)》期刊上，但懷疑者指出論文并沒有加入多少新信息。

壓力之下：哈佛大學(xué)研究者宣稱已使用金剛石壓砧成功將氫擠壓為金屬態(tài)，但物理學(xué)界對此并不信服。  本文圖片均為“ Nature自然科研”微信公眾號 圖

五位專家告訴《自然》新聞團(tuán)隊，他們目前還不相信這一聲明，仍然需要更多的證據(jù)才能得出結(jié)論。“我認(rèn)為這篇論文根本沒有說服力，”法國原子能委員會的物理學(xué)家Paul Loubeyre表示。

Silvera和Dias說，他們希望在用脆弱的實驗材料進(jìn)一步驗證實驗前，先發(fā)表初步的觀測結(jié)果。

金屬氫之夢

自從理論物理學(xué)家在1935年首次預(yù)測金屬氫的存在以來，在實驗室制備出金屬氫就一直是高壓研究者的夢想。根據(jù)理論預(yù)測，在高壓砧內(nèi)用足夠的壓力擠壓，氫就能獲得導(dǎo)電性——金屬態(tài)的標(biāo)志。理論學(xué)家還表示，金屬氫可能還擁有其它奇異性質(zhì)，比如在室溫下?lián)碛谐瑢?dǎo)性（電阻為零的性質(zhì)）。

通過制備金屬氫，物理學(xué)家或許就能在實驗室探索行星科學(xué)：據(jù)推論，木星等氣態(tài)巨行星的核心含有金屬氫，這或許是它們能維持磁場的原因。

近年來，物理學(xué)家已經(jīng)在高于地心壓力的壓力下，用金剛石壓砧擠壓了微量氫樣本。這種實驗非常精細(xì)，且很容易出現(xiàn)錯誤。研究者已經(jīng)在擠壓過程中觀察到了材料顏色從透明轉(zhuǎn)變?yōu)樯钌淖兓@意味著電子被擠壓在一起后擁有了吸收可見光光子的能力。但能反射光線、閃閃發(fā)亮的金屬氫的存在還沒有得到證明。2011年，德國馬克斯·普朗克化學(xué)研究所的物理學(xué)家報告的結(jié)果也存在爭議。該團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)人Mikhail Eremets表示，他的團(tuán)隊還沒有取得金屬氫存在的決定性證據(jù)。

Dias和Silvera聲稱，他們能以超過此前任何團(tuán)隊的高壓擠壓氫元素。為了實現(xiàn)這一點，他們使用了一個能放進(jìn)低溫恒溫器的壓砧，將氫樣本冷卻到了略高于絕對零度的溫度。他們還宣稱找到了一種能更好地打磨金剛石壓頭的方法，從而消除可能導(dǎo)致金剛石破碎的不規(guī)則性。隨后，他們將壓強(qiáng)加到了4950億帕斯卡（495GPa），幾乎是海平面大氣壓的500萬倍。

“突然間，氫變成了一種閃亮、反光的物質(zhì)，這種物質(zhì)只可能是金屬，”Silvera說。Silvera表示，通過顯微鏡觀察，氫樣本閃閃發(fā)亮，而且會以金屬氫應(yīng)有的方式反射光線。

兩位物理學(xué)家說，顯微鏡照片展示了氫從透明氣體（圖左）轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏肿討B(tài)（圖中），最終變?yōu)殚W亮的金屬態(tài)（圖右）的過程。

重新測量

其他研究者并沒有被他們說服。卡內(nèi)基科學(xué)研究所的地球物理學(xué)家Alexander Goncharov說，研究者觀察到的閃亮金屬到底是不是氫還遠(yuǎn)不清楚。Goncharov此前也批評過Silvera實驗室的研究方法。他提出，這種閃亮的金屬可能是氧化鋁。壓砧的金剛石壓頭上鍍了一層氧化鋁，而且氧化鋁在高壓下也可能出現(xiàn)不同的表現(xiàn)。

Loubeyre和另一些科學(xué)家認(rèn)為，壓砧內(nèi)壓力與調(diào)節(jié)螺釘之間的校準(zhǔn)不精確，Silvera和Dias高估了他們?nèi)〉玫膲毫Υ笮　Ｓ鴲鄱”ご髮W(xué)的物理學(xué)家Eugene Gregoryanz補(bǔ)充，部分問題在于，這兩位研究者只在最高壓力下對樣品進(jìn)行了一次詳細(xì)測量，使人們難以看出壓力在實驗過程中是如何變化的。

“要想說服眾人，他們得重做一次測量，真正測量出壓力的演變，”Loubeyre說。“然后，他們還必須證明氧化鋁在這樣的壓力范圍下不會變?yōu)榻饘賾B(tài)。”

但Silvera表示，他只是想在驗證實驗前先將消息公之于眾。據(jù)他所說，驗證性實驗可能會破壞他們寶貴的樣本。“我們想用這個樣本來發(fā)表這個突破性的進(jìn)展，”他說。為了保護(hù)材料，他和Dias把材料保存在了低溫恒溫器里。他說，他的實驗室只有兩臺低溫恒溫器，另一臺正用于其它實驗。“既然論文已經(jīng)被接受了，我們還將開展進(jìn)一步的實驗。”

雖然質(zhì)疑眾多，但《科學(xué)》期刊和哈佛大學(xué)發(fā)布的新聞稿仍然充滿信心地宣稱制成了金屬氫。“制備金屬氫是高壓物理學(xué)的圣杯，”Silvera在哈佛大學(xué)的新聞稿中說。“這是地球上的首個金屬氫樣本。”

原文以Physicists doubt bold report of metallic hydrogen為標(biāo)題

發(fā)布在2017年1月26日的《自然》新聞上

原文作者：Davide Castelvecchi

（本文原載于“Nature自然科研”微信號，原標(biāo)題為《高壓物理學(xué)的圣杯，金屬氫真的被造出來了嗎？》。澎湃新聞經(jīng)授權(quán)后轉(zhuǎn)載，不允許二次轉(zhuǎn)載。）